13. Amplificateur typique complet

Royaume du Maroc
OFFICE DE LA FORMATION PROFESSIONNELLE ET DE LA PROMOTION DU TRAVAIL
Première Année
Programme de Formation des Techniciens Spécialisés en
Électronique
DIRECTION DE LA RECHERCHE ET INGENIERIE DE LA FORMATION
Septembre 1995
MODULE 04
Circuits Électroniques
Résumé de Théorie
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TABLE DES MATIÈRES
13. AMPLIFICATEUR TYPIQUE COMPLET 13-1
13.1 Montage à alimentation bipolaire 13-1
13.2 Diagramme fonctionnel d'un amplificateur de puissance 13-2
13.2.1 BLOC #1 : Comparateur ou amplificateur différentiel. 13-2
13.2.2 BLOC #2: Gain en tension 13-3
13.2.3 BLOC #3: Le gain en courant 13-4
13.2.4 BLOC #4: La contre-réaction 13-4
13.3 Muscles de sortie 13-4
13.3.1 Montage en Darlington 13-5
13.3.2 Montage en alpha 13-5
13.3.3 Montage asymétrique 13-6
13.3.4 Mise en parallèle des transistors de puissance 13-6
13.3.5 L'utilisation du bootstrap 13-7
13.4 AMPLIFICATEURS INTÉGRÉS 13-8
13.5 Exercices 13-10

Résumé de Théorie Circuits Électroniques
Amplificateur typique complet page 13-1 OFPPT/TECCART
13. Amplificateur typique complet
13.1 Montage à alimentation bipolaire
Examinez le circuit de la Figure 13-1.
4.7µF
C1
R1
22k
R2
3k3
C2
2.2nF
R3
1k
T1
T2
R9
15R
T6
TIP42
T5
R5
3k9
C3
10µF
R6
22k
100R
P1
68R
R10
T3
T4
TIP41
D1
1N4004
D2
1N4004
R7
220R
R8
220R
C4
1000µF
R11
33R
R4
330R
T8
TIP41
R12
0R5
R13
0R5
R14
10R
C5
0.1µF
HP
8R
-15V
T7
TIP42
+
+
+
+15V
Entrée
T1 = T2 = T3 = 2N4401
ou 2N3903
Figure 13-1
Ne soyez pas effrayés par l'allure du circuit de la Figure 13-1. Il possède la configuration
typique d'un amplificateur "de puissance". Il est, d'ordinaire, le maillon final d'une chaîne
audio, étant celui qui fournit l'énergie au haut-parleur. Si on examinait plusieurs autres
plans on y retrouverait la même structure de base. Cet amplificateur, conçu pour 5 watts,
peut facilement fournir une puissance de 8 watts à une enceinte acoustique ayant une
impédance de 8. Si on regardait un amplificateur de 200 watts par exemple, on
retrouverait sensiblement le même diagramme électronique avec cependant plus de
muscle.
On reconnaît premièrement le montage push-pull à la sortie (T7 et T8). On remarque
aussi l'absence d'un condensateur de couplage entre le haut parleur et la sortie (placée
entre R12 et R13). Ceci est rendu possible par l'utilisation d'une alimentation bipolaire.
Voici le parcours que fait le signal électrique. Le signal d'entrée est premièrement
appliqué à la base de T1. Ce signal se retrouve inversé au collecteur de celui-ci et se
retrouve appliqué à la base de T6. Le transistor T6 amplifie le signal et le l'inverse de
nouveau. Le signal, alors présent au collecteur de T6 et non inversé par rapport à l'entrée,
est appliqué aux bases de T8 et T7 qui s'occupent de fournir, via leurs émetteurs, le
courant nécessaire au haut-parleur. Remarquez que le signal à la sortie n'est pas inversé.

Résumé de Théorie Circuits Électroniques
Amplificateur typique complet page 13-2 OFPPT/TECCART
La base de T1 est donc l'entrée non inverseuse de l'amplificateur. Un diviseur de tension
alternatif, formé de R6 et R5, ramène une portion du signal de la sortie à la base du
transistor T2, étant l'entrée inverseuse. R6 est la résistance Rf et R5 est la résistance Rin
d'une boucle de contre-réaction. Le gain en tension de l'amplificateur au complet est ainsi
contrôlé par ces deux résistances. Ce gain vaut 22k / 3,9k + 1 = 6,64. Ainsi, un signal
d'entrée de 1 volt RMS produira une puissance de 5,5W au haut-parleur.
T3, T4 et T5 sont des transistors servant à la polarisation du système. T3 et T4 sont des
sources de courant constant et T5 une source de tension (Upol du push-pull).
13.2 Diagramme fonctionnel d'un amplificateur de puissance
Les amplificateurs de puissance commerciaux respectent ce diagramme fonctionnel.
BLOC #1
BLOC #2
BLOC #3
BLOC #4
Comparateur
Gain en tension
Gain en courant
Contre-réaction
T1 et T2
T6
T7 et T8
R5 et R6
Entrée
Sortie
Figure 13-2
13.2.1 BLOC #1 : Comparateur ou amplificateur différentiel.
Le rôle d'un amplificateur différentiel est
d'amplifier la différence entre ses deux
entrées. Ce sont T1 et T2 qui composent
cet amplificateur ayant le rôle de faire la
différence entre les signaux présents sur
l’entrée inverseuse et la non inverseuse.
Entre leurs émetteurs se trouve un noeud
de courant. La somme des deux courants
d'émetteur de T1 et T2 correspond au
courant de collecteur de T3. Ce dernier
sert uniquement à pourvoir ce courant. On
dit que T3 est un générateur de courant
constant. En supposant que UBET3, UD1 et
UD2 valent 0,7V, le courant ICT3 se
calculera ainsi:
4.7µF
C1
R1
22k
R2
3k3
C2
2.2nF
R3
1k
T1
T2
T3
D1
1N4004
D2
1N4004
R7
220R
R8
220R
C4
1000µF
R4
330R
+
+
+15V
Entrée
-15V
+
_
Figure 13-3

Résumé de Théorie Circuits Électroniques
Amplificateur typique complet page 13-3 OFPPT/TECCART
UR4 = UD1 + UD2 - UBET3 = 0,7V + 0,7V - 0,7V = 0,7V (Kirchhoff)
ICT3 = IET3 = 0,7V / 330 = 2,12mA
T1 et T2 doivent être rigoureusement identiques au niveau de leurs caractéristiques. Si tel
est le cas, et si les tensions présentes à leur base de part et d'autre sont identiques (disons
0 volt), les courant ICT1 et ICT2 sont identiques. On dit que le différentiel est équilibré.
Rappelez-vous le fonctionnement des entrées d'un amplificateur opérationnel.
ICT1 = ICT2 = 2,12mA / 2 = 1,06mA
Imaginez que la tension à la base de T1 augmente pendant que celle à la base de T2 reste
fixe. La tension UBE de T1 augmente et la tension UBE de T2 doit diminuer (Kirchhoff).
Le courant ICT1 augmente et ICT2 diminue tout en respectant le noeud de courant décrit
tantôt. Ceci crée une augmentation de la tension aux bornes de R3.
Imaginez ensuite que la tension à la base de T1 diminue pendant que celle à la base de T2
reste fixe. La tension UBE de T1 diminue et la tension UBE de T2 doit augmenter
(Kirchhoff). Le courant ICT1 diminue et ICT2 augmente tout en respectant le noeud de
courant décrit tantôt. Ceci crée une diminution de la tension aux bornes de R3.
L'amplificateur différentiel ne sera déséquilibré que si les tensions présentes aux bases de
T1 et T2 sont différentes l'une par rapport à l'autre.
13.2.2 BLOC #2: Gain en tension
Le rôle de l'amplificateur en tension est d'augmenter
l'amplitude du signal. Il pourvoit aussi la plus grande
partie du gain en boucle ouverte de l'amplificateur. On
se rappelle que le gain en tension se calcule ainsi: Av
= RC / RE. RE vaut 15 (R9). La résistance RC est
remplacée par un générateur de courant (T4). Une
source de courant représente une impédance
considérée comme étant l'infini. Cela veut dire que le
gain de cet amplificateur est extrêmement grand. À
toute fin pratique, l'impédance vue au collecteur de T6
est l'impédance de base de T7 ou T8.
La tension aux bornes de R3 est celle qui polarise T6
en déterminant la tension aux bornes de R9. Cette
tension, aux bornes de R9, détermine le courant de
collecteur de T6. En même temps, le courant de
collecteur de T4 est de 0,7V / 33 = 21,2mA.. Il faut
donc que T6 fournisse aussi 21,2mA. Si c'est le cas, la
tension à la sortie de l'amplificateur sera exactement 0
volt. Si ce n'est pas le cas, on peut ajuster la valeur de
R3.
R9
15R
T6
TIP42
T4
TIP41
R7
220R
R8
220R
C4
1000µF
R11
33R
-15V
+
+15V
Figure 13-4